Вывод для абсолютно чёрного тела
Вследствие линейности уравнений электромагнитного поля любое их решение может быть представлено в виде суперпозиции монохроматических волн, каждая с определённой частотой . Энергия поля может быть представлена как сумма энергий соответствующих полевых осцилляторов. Как известно из квантовой механики, энергия осциллятора принимает дискретные значения согласно следующей формуле:
Поскольку рассматривается равновесное излучение, то, используя каноническое распределение Гиббса, можно определить вероятность состояния осциллятора с заданной энергией:
Статистическая сумма равна
Свободная энергия равна
Для средней (математическое ожидание) энергии воспользуемся уравнением Гиббса-Гельмгольца
Таким образом средняя энергия, приходящаяся на полевой осциллятор равна
| (1)
| где — постоянная Планка, — постоянная Больцмана.
Количество же стоячих волн в единице объёма в трёхмерном пространстве в интервале от равно[1][2]:
| (2)
| Следовательно, для спектральной плотности мощности электромагнитного излучения получаем
Первое слагаемое в этой формуле связано с энергией нулевых колебаний, второе — это и есть формула Планка.
Формулу Планка также можно записать и через длину волны: 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | Поиск по сайту:
|